ON THE FREDHOLM PROPERTY OF A HYPERSINGULAR INTEGRAL OPERATOR IN A SCATTERING PROBLEM OF ELECTROMAGNETIC WAVES ON A SLAB COVERED WITH GRAPHENE

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper focuses on a boundary-value problem for a system of two homogeneous Helmholtz equations with mixed boundary conditions arising in the theory of electromagnetic waves scattering on structures covered with two-dimensional materials. The problem is reduced to a boundary integral equation on the whole line involving a hypersingular integral operator. Introducing new variables and sought-for function, one passes to the integral equation on segment. To find an approximate solution of the obtained equation the collocation method using Fourier-Chebyshev series to present a solution is suggested; hypersingular integrals are calculated analytically. In the main part of the paper we prove the Fredholm property of the hypersingular operator involved in the integral equation under consideration.

About the authors

Yu. G Smirnov

Penza State University

Email: smirnovyug@mail.ru
Russia

S. V Tikhov

Penza State University

Email: tik.stanislav2015@yandex.ru
Russia

References

  1. Geim, A.K. The rise of graphene / A.K. Geim, K.S. Novoselov // Nat. Mater. — 2007. — № 6. — P. 183–191.
  2. Gorbach, A.V. Nonlinear graphene plasmonics: amplitude equation for surface plasmons / A.V. Gorbach // Phys. Rev. A. — 2013. — V. 87. — Art. 013830.
  3. Andreeva, V. Nonperturbative nonlinear effects in the dispersion relations for te and tm plasmons on two-dimensional materials / V. Andreeva, M. Luskin, D. Margetis // Phys. Rev. B. — 2018. — V. 98. — Art. 195407.
  4. Nonlinear optics of graphene and other 2D materials in layered structures / J.L. Cheng, J.E. Sipe, N. Vermeulen, C. Guo // J. Phys.: Photonics. — 2018. — V. 1, № 1. — Art. 015002.
  5. Song, J.H. Adaptive finite element simulations of waveguide configurations involving parallel 2D material sheets / J.H. Song, M. Maier, M. Luskin // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. — 2019. — V. 351. — P. 20–34.
  6. Nonretarded edge plasmon-polaritons in anisotropic two-dimensional materials / D. Margetis, M. Maier, T. Stauber [et al.] // J. Phys. A: Math. Theor. — 2020. — V. 53, № 5. — Art. 055201.
  7. Smirnov, Yu. The nonlinear eigenvalue problem of electromagnetic wave propagation in a dielectric layer covered with graphene / Yu. Smirnov, S. Tikhov // Photonics. — 2023. — V. 10, № 5. — Art. 523.
  8. Integral equation analysis of plane wave scattering by coplanar graphene-strip gratings in the thz range / O.V. Shapoval, J.S. Gómez-Díaz, J. Perruisseau-Carrier [et al.] // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. — 2013. — V. 3. — P. 666–674.
  9. Zinenko, T.L. Surface-plasmon, grating-mode, and slab-mode resonances in the h- and e-polarized thz wave scattering by a graphene strip grating embedded into a dielectric slab / T.L. Zinenko, A. Matsushima, A.I. Nosich // IEEE J. Sel. Top. Quant. — 2017. — V. 23. — P. 1–9.
  10. Смирнов, Ю.Г. Интегро-дифференциальные уравнения в задаче рассеяния электромагнитных волн на электрическом теле, покрытом графеном / Ю.Г. Смирнов, О.В. Кондырев // Дифференц. уравнения. — 2024. — Т. 60, № 9. — С. 1216–1224.
  11. Кауа, А.С. On the solution of integral equations with strongly singular kernels / А.С. Кауа, F. Erdogan // Q. Appl. Math. — 1987. — V. 45, № 1. — P. 105–122.
  12. Ervin, V. Collocation with chebyshev polynomials for a hypersingular integral equation on an interval / V. Ervin, E. Stephan // J. Comput. Appl. Math. — 1992. — V. 43, № 1. — P. 221–229.
  13. Lifanov, I.K. Hypersingular Integral Equations and Their Applications / I.K. Lifanov, L.N. Poltavskii, M.M. Vainikko. — 1st ed. — Boca Raton : CRC Press, 2003. — 416 p.
  14. Сетуха, A.B. Метод интегральных уравнений в математической физике: учеб. пособие / А.В. Ceryxa. — М. : Изд-во Моск. ун-та, 2023. — 316 с.
  15. Polyanin, A.D. Handbook of Linear Partial Differential Equations for Engineers and Scientists / A.D. Polyanin, V. E. Nazaikinskii. — 2nd ed. — New York : Chapman and Hall/CRC, 2016. — 1643 p.
  16. Тихов, С.В. Задача дифракции TE-волны на двумерном слое, покрытом графеном, с учётом нелинейности / С.В. Тихов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. — 2024. — № 4. — С. 73–85.
  17. Shestopalov, Y.V. Logarithmic Integral Equations in Electromagnetics / Y.V. Shestopalov, Y.G. Smirnov, E.V. Chernokozhin. — Berlin; Boston : De Gruyter, 2000. — 128 p.
  18. Kober, H. Approximation by integral functions in the complex domain / H. Kober // Trans. Amer. Math. Soc. — 1944. — V. 56, № 1. — P. 7–31.
  19. Треногин, В.А. Функциональный анализ / В.А. Треногин. — М. : Наука, 1980. — 495 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».